(57)【要約】【課題】  燃料電池の電気化学反応により生成する水などの反応生成物の系外への排出量を低減することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池システムは、燃料電池を内部に含む筐体１４０と筐体１４０に設けられた空気取込口１４２と筐体に設けられた排出物質排出口とを備え、空気取込口１４２と排出物質排出口とは筐体の異なる部分に配置された燃料電池発電装置１１０と、燃料電池と脱着可能に設けられ、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と燃料を燃料電池に供給する燃料供給口と燃料電池から排出される水を除去する除去手段とを備える燃料カートリッジ１５０と、を備える。【選択図】          図６
2006244716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気中の酸素により発電する燃料電池と、前記燃料電池を内部に含む筐体と、前記筐体に設けられ、前記燃料電池に供給する空気を取り込む空気取込口と、前記筐体に設けられ、前記燃料電池から排出される排出物質を排出する排出物質排出口と、を備える燃料電池発電装置において、
前記空気取込口と前記排出物質排出口とは、前記筐体の異なる部分に配置することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池発電装置において、
前記空気取込口から前記排出物質排出口へ向けて空気を流通させる空気流通手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記空気流通手段は、ファンであることを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池発電装置において、
前記燃料電池から排出される排出物質を凝縮させる凝縮手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池発電装置において、
前記凝縮手段と前記排出物質排出口とを接続し、前記凝縮手段により凝縮された排出物質を前記排出物質排出口へ流出させる排出物質排出流路を備えることを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
燃料電池へ供給する燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部に接続され、前記燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給口と、を備え、前記燃料電池と脱着可能に設けられる燃料カートリッジにおいて、
前記燃料電池から排出される排出物質に含まれる水を、前記排出物質から除去する除去手段を備えることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項７】
前記除去手段は、前記排出物質が前記燃料電池から排出される排出物質排出口に対向する位置に設けられ、前記排出物質を前記除去手段に取り込む排出物質取込口を備えることを特徴とする請求項６記載の燃料カートリッジ。
【請求項８】
前記除去手段と前記燃料貯蔵部との間に設けられ、前記除去手段の体積変化により位置が移動する仕切部材を備えることを特徴とする請求項６または７記載の燃料カートリッジ。
【請求項９】
前記除去手段は、前記排出物質に含まれる成分を吸着可能な吸着剤を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１０】
前記燃料はメタノールを含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電装置と、請求項６〜１０のいずれかに記載の燃料カートリッジと、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置、燃料カートリッジ、および、それらを用いた燃料電池システムに関し、具体的には、燃料電池の電気化学反応により生成する水などの反応生成物の系外への排出量を低減することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
これら燃料電池の電気化学反応（発電反応）により水が生成され、特に、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍）などの携帯機器への利用が期待される、燃料や空気の自然拡散を利用したコンパクトな燃料電池（所謂、パッシブ形燃料電池）の場合、生成された水が液体または気体として排空気と共に直接外部に排出される構造となるため、携帯機器自体やその外部が水で濡れてしまう虞がある。これに対して特許文献１では、空気取込口の外周を吸水材で覆い、水が生成するカソード電極と吸水材とを接触させることにより、水が液体の状態で外部へ排出されるのを防ぐ構造が採用されている。
【特許文献１】特開２００４−２４１３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の構造では、吸水材は直接携帯機器外部と接しており、発電部から発生する熱の影響も受けて、吸水材に保水された水は温められて水蒸気となりやすく、外部へ排出されてしまう。また、特許文献１では燃料に水素を用いているが、ＤＭＦＣではメタノール水溶液が電解質膜を透過してカソード電極上で反応することにより、メタノール酸化副生成物（ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル）が発生する虞がある。すなわち、燃料や空気の自然拡散を利用したＤＭＦＣの構造では、空気取入口が直接外部環境と接しているため、ポンプなどの空気供給手段がなくても、カソードへ空気が供給できるというメリットがある一方で、ＤＭＦＣを搭載した携帯機器の周囲や接触する部分が水で濡れてしまったり、未反応メタノールやメタノール酸化副生成物が外部へ排出されたりというデメリットがある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、燃料電池の電気化学反応により生成する水などの反応生成物の系外への排出量を低減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池発電装置は、燃料と空気中の酸素により発電する燃料電池と、燃料電池を内部に含む筐体と、筐体に設けられ、燃料電池に供給する空気を取り込む空気取込口と、筐体に設けられ、燃料電池から排出される排出物質を排出する排出物質排出口と、を備える燃料電池発電装置において、空気取込口と排出物質排出口とは、筐体の異なる部分に配置することを特徴とする。これにより、燃料電池への空気の供給を阻害せず、燃料電池からの排出物質を排出することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、空気取込口から排出物質排出口へ向けて空気を流通させる空気流通手段を備えることを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項２記載の燃料電池発電装置において、空気流通手段は、ファンであることを特徴とする。これにより、請求項１の効果に加え、空気を取り込む空気取込口と排出物質を排出する排出物質排出口との役割を可及的に分離することができ、また、この空気流通手段がファンであれば、燃料電池やその周辺部材を冷却することもできる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、燃料電池から排出される排出物質を凝縮させる凝縮手段を備えることを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項４記載の燃料電池発電装置において、凝縮手段と排出物質排出口とを接続し、凝縮手段により凝縮された排出物質を排出物質排出口へ流出させる排出物質排出流路を備えることを特徴とする。これにより、請求項１の効果に加え、排出物質が気体の状態で排空気と共に排出されることを防止することができ、また、この凝縮手段と排出物質排出口とを接続する排出物質排出流路を備えることで、凝縮された排出物質を確実に排出物質排出口より排出することができる。
【００１０】
そして、本発明の燃料カートリッジは、燃料電池へ供給する燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、燃料貯蔵部に接続され、燃料を燃料電池に供給する燃料供給口と、を備え、燃料電池と脱着可能に設けられる燃料カートリッジにおいて、燃料電池から排出される排出物質に含まれる水を、排出物質から除去する除去手段を備えることを特徴とする。これにより、少なくとも燃料電池の電気化学反応により生成する水が系外へ排出される量を低減することができ、燃料カートリッジを交換する際に除去手段も交換することができる。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の燃料カートリッジにおいて、除去手段は、排出物質が燃料電池から排出される排出物質排出口に対向する位置に設けられ、排出物質を除去手段に取り込む排出物質取込口を備えることを特徴とする。これにより、請求項６の効果に加え、排出物質を確実に除去手段へ取り込むことができる。
【００１２】
また、請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の燃料カートリッジにおいて、除去手段と燃料貯蔵部との間に設けられ、除去手段の体積変化により位置が移動する仕切部材を備えることを特徴とする。これにより、請求項６または７の効果に加え、燃料を燃料貯蔵部から燃料電池へ押し出すことができ、しかも、この押し出す力は、除去手段の体積変化、即ち、燃料電池の電気化学反応により排出された排出物質の量に依存するので、燃料電池で消費されたメタノールに比例した量を押し出すことができる。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の燃料カートリッジにおいて、除去手段は、排出物質に含まれる成分を吸着可能な吸着剤を備えることを特徴とし、請求項１０記載の発明は、請求項６〜９のいずれかに記載の燃料カートリッジにおいて、燃料はメタノールを含むことを特徴とする。これにより、請求項６〜８の効果、あるいは、請求項６〜９の効果に加え、除去手段が吸着剤を含むので、交換時に除去（吸着）された排出物質が系外へ放出されることがなく、また、貯蔵が容易なので、携帯に適している。
【００１４】
最後に、本発明の燃料電池システムは、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電装置と、請求項６〜１０のいずれかに記載の燃料カートリッジと、を備えることを特徴とする。これにより、燃料電池の電気化学反応により生成する水などの反応生成物の系外への排出量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池の電気化学反応により生成する水などの反応生成物の系外への排出量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る燃料電池発電装置１０の基本構成について、図１を用いて説明する。
【００１７】
燃料電池発電装置１０は、メタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が毛細管現象により供給されるアノード電極１２と空気が供給されるカソード電極１４とこのアノード電極１２とカソード電極１４とに挟持される電解質膜１６とを備え、メタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電するＤＭＦＣ発電部１８と、集電体２２、２４と、各集電体をつなぎ、複数の発電部を直列に接続する配線２０と、アノード電極１２へ供給するメタノール燃料を貯蔵するメタノール燃料貯蔵部３０と、メタノール燃料貯蔵部３０からアノード電極１２へメタノール燃料を供給するウィック材料３４と、空気の取込口４２を有する筐体４０と、を備えている。メタノール燃料貯蔵部３０内部にはウィック材料３４が充填されており、ウィック材料３４の毛細管現象により、メタノール燃料貯蔵部３０からアノード電極１２へメタノール燃料が供給される。
【００１８】
図２は燃料カートリッジ５０の基本構造であり、内部にはメタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填されている。この燃料カートリッジ燃料供給口５２を図１の燃料カートリッジ接続口３６に接続することにより、メタノール燃料貯蔵部３０へメタノール燃料を補給することができる。
【００１９】
ＤＭＦＣ発電部１８は、メタノールを酸化する触媒及びプロトン伝導体を含有するアノード電極１２、電解質膜１６、酸素を還元する触媒及びプロトン伝導体を含有するカソード電極１４から構成される。これらの電極１２，１４は、電解質膜１６上に形成され、ホットプレスやその他の方法により接合されて作製される。また各電極１２、１４には、燃料の拡散や集電機能を向上させるために触媒やプロトン伝導体の他に、カーボンペーパーや織布などの導電性拡散層を含んでもよい。また集電体２２、２４は、導電性、耐食性があり、かつ燃料となるメタノールや空気が拡散できる多孔質構造を有する。
【００２０】
ウィック材３４は、毛細管現象で液体を吸収する材料のことを表し、一般的には多孔質材料や粒子層からなる。例えば、ウィック材３４は、水分を吸収する親水性を有する吸収材料からなり、橋架ポリアクリル酸塩系、イソブチレン/マレイン酸塩系、澱粉/ポリアクリル酸塩系、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）/ポリアクリル系、アクリル繊維の加水分解系、橋架ＰＶＡ系といった高分子材料を適用することができる。また、生成水を隔離された所定の場所まで移動させて蒸発させる機能を有することが望ましく、このような材料としては、例えば、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、カーボンペーパー、織布、不織布、紙、パルプ、高分子材料、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。さらに、毛細管現象が生じる高吸水性を有する材料も適しており、例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を縦横に織り込んだ合成繊維であるポリエステル/ナイロン複合材やポリエステル等、合成繊維等でもよい。
【００２１】
以下、動作原理について説明する。
【００２２】
燃料カートリッジ５０から燃料カートリッジ供給口５２を通して図１のメタノール燃料貯蔵部３０へメタノール燃料より濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが供給される。メタノール燃料貯蔵部３０内はウィック材料３４が充填されており、メタノール燃料はウィック材料３４の毛細管現象により吸い上げられ、燃料供給口３２、集電体２２を通過してアノード電極１２に拡散し、触媒上でメタノールが酸化される。メタノールが酸化されて得られるプロトンは、アノード電極１２中のプロトン伝導体及び電解質膜１６中を拡散し、カソード電極１４へ到達する。また、アノード電極１２で発生した電気は、集電体２２を介してカソード電極１４側の集電体２４へ到達する。
【００２３】
一方、筐体４０の空気取込口４２から供給された空気中の酸素は集電体２４を介してカソード電極１４の触媒上へ到達し、アノード電極１２から得られたプロトンと電子を受領することにより酸素を還元し、水を生成する。このようにＤＭＦＣ発電部１８により取り出される電気を、携帯機器と接続することにより携帯機器を直接駆動することや、二次電池等の充電に使用することができる。
【実施例１】
【００２４】
図３は本実施例の燃料電池発電装置１１０の断面図、図４は燃料カートリッジ１５０の断面図、図５は燃料電池発電装置１１０に燃料カートリッジ１５０を装着した燃料電池発電システム１００の斜視図であり、図３、４、５は、図６のＡ−Ａ’断面における断面図である。ウィック材１３４、ＤＭＦＣ発電部１１８の構成や機能については、前述と同様である。
【００２５】
図３に示す燃料電池発電装置１１０は、メタノール燃料が毛細管現象により自然供給されるアノード電極１１２と空気が供給されるカソード電極１１４とこのアノード電極１１２とカソード電極１１４とに挟持される電解質膜１１６とを備え、メタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電するＤＭＦＣ発電部１１８と、集電体１２２、１２４と、アノード電極１１２へ供給するメタノール燃料を貯蔵するメタノール燃料貯蔵部１３０と、メタノール燃料貯蔵部１３０からアノード電極１１２へメタノール燃料を供給するウィック材料１３４と、空気の取込口１４２を有する筐体１４０と、を備えており、この筐体１４０の燃料カートリッジ１５０接続側にファン１４４を備えていることが本実施例の特徴である。
【００２６】
図４は燃料カートリッジ１５０の構造であり、燃料貯蔵部１５４と反応生成物除去部１５６とから構成されている。燃料貯蔵部１５４の内部にはメタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填され、燃料カートリッジ燃料供給口１５２を図３の燃料カートリッジ接続口１３６に接続することにより、メタノール燃料貯蔵部１３０へ濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールを補給することができる。
【００２７】
ＤＭＦＣ発電部１１８での電気化学反応によってカソード電極１１４で生成した水やメタノール酸化副生成物（ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル）、また未反応メタノールを含む排空気は、ファン１４４により筐体１４０内が負圧になるため、空気取込口１４２から外部へは排出されにくくなり、ファン１４４から排出される。ファン１４４から排出された排空気は、燃料カートリッジ１５０の反応生成物除去部１５６に排出物質取入口１５７から入り、メタノール酸化副生成物などの反応生成物を吸着することができる吸着剤が充填された吸着部１５８を拡散した後、燃料カートリッジ１５０の排空気出口１５９から外部へ排出される。このとき、反応生成物除去部１５６に充填された吸着部１５８上で反応生成物を吸着して排出される。これにより、外部に放出される排空気中の生成物含有量を低減できる。
【００２８】
図５は別の形態の燃料カートリッジ１６０であり、燃料貯蔵部１６４と反応生成物除去部１５６の間に変形可能または可動式の仕切材１６３を設けていることが図４の燃料カートリッジ１５０との主な相違点である。この仕切材１６３により、反応生成物除去部１６６に充填されている吸着部１６８が吸着に伴い膨張変形し、仕切材１６３を燃料貯蔵部１５４側へ押し出す作用により、メタノール燃料をメタノール燃料貯蔵部１３０へ送り出すことができる。また、ファン１４４から排出された排空気は、燃料カートリッジ１６０の反応生成物除去部１６６に排出物質取入口１６７から入り、メタノール酸化副生成物などの反応生成物を吸着することができる吸着剤が充填された吸着部１６８を拡散した後、燃料カートリッジ１６０の排空気出口１５９から外部へ排出される。このとき、反応生成物除去部１６６に充填された吸着部１６８上で反応生成物を吸着して排出される。これにより、外部に放出される排空気中の生成物含有量を低減できる。
【００２９】
吸着部１６８を構成する材料としては、発電によって生じる排空気中の生成物（水、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル、メタノール）を吸着又は保持する材料であればいずれでもよく、例えば、ウィック材と同様の吸水性材料のほか、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどの表面積の大きい吸着材料や、セピオライト、アルデヒドと反応して安定化させる２、４−ジニトロフェニルヒドラジン、水酸化カルシウム等が挙げられる。
【実施例２】
【００３０】
図７Ｂ−Ｂ’、図７Ｃ−Ｃ’は本実施例の燃料電池発電装置２１０の断面図、図８は燃料カートリッジ２５０の断面図、図９は燃料電池発電装置２１０に燃料カートリッジ２５０を装着した燃料電池発電システム２００の斜視図であり、図７Ｂ−Ｂ’、図７Ｃ−Ｃ'、図８は、図９のＢ−Ｂ’ Ｃ−Ｃ'断面における断面図である。本実施例のウィック材料２３４の構造、燃料カートリッジ２５０の構造は実施例１、ＤＭＦＣ発電部２１８は前述のＤＭＦＣ発電部１８と同一の構成又は機能を有する。
【００３１】
図７Ｂ−Ｂ’、図７Ｃ−Ｃ’に示す燃料電池発電装置２１０は、メタノール燃料が毛細管現象により供給されるアノード電極２１２と空気が供給されるカソード電極２１４とこのアノード電極２１２とカソード電極２１４とに挟持される電解質膜２１６とを備え、メタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電するＤＭＦＣ発電部２１８と、集電体２２２、２２４と、アノード電極２１２へ供給するメタノール燃料を貯蔵するメタノール燃料貯蔵部２３０と、メタノール燃料貯蔵部２３０からアノード電極２１２へメタノール燃料を供給するウィック材料２３４と、筐体２４０と、を備えており、この筐体２４０の内側（発電部２１８側）に筐体２４０の外側と連結された放熱部２４６、及び放熱部２４６の液溜め部２４７に接続する管状の流路（排出物質排出流路）２４８を備えていることが本実施例の特徴である。
【００３２】
図８は燃料カートリッジ２５０の構造であり、燃料貯蔵部２５４と反応生成物除去部２５６とから構成されている。燃料貯蔵部２５４の内部にはメタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填され、燃料カートリッジ燃料供給口２５２を図７Ｂ−Ｂ’、図７Ｃ−Ｃ’の燃料カートリッジ接続口２３６に接続することにより、メタノール燃料貯蔵部２３０へ濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールを補給することができる。
【００３３】
ＤＭＦＣ発電部２１８での電気化学反応によってカソード電極２１４で生成した水やメタノール酸化副生成物（ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル）、また未反応メタノールを含む排空気は、筐体２４０の外部と連結して形成された放熱部２４６の内側（発電部２１８側）で凝縮し、放熱部２４６上を重力により液体として落下し、放熱板２４６の液溜め部に集められた後、接続する管状の流路２４７から筐体外へ排出される。排出された液体は、燃料カートリッジ２５０の排出物質取入口２５７から反応生成物除去部２５６へ入り、メタノール酸化副生成物などの反応生成物を吸着することができる吸着剤が充填された吸着部２５８に吸着される。凝縮しなかった排気は、空気取込口２４２を通して外部を排出される。これにより、外部に放出される排空気中の生成物含有量を低減できる。
【００３４】
また、本実施例では、放熱板２４６で凝縮させた液体を回収する手段としては、燃料カートリッジ２５０の排出物質取入口２５７へ液体を誘導する方法であればいずれでもよく、例えば吸水性材料を放熱部２４６と燃料カートリッジ２５０の排出物質取入口２５７の間に配置する構造や液溜め部がなく放熱部がそのまま燃料カートリッジ２５０の排出物質取入口２５７に連続する構造も可能である。
【００３５】
吸着部２５８を構成する材料は、実施例１と同様に、発電によって生じる排空気中の生成物（水、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル、メタノール）を吸着又は保持する材料であればいずれでもよく、例えば、ウィック材と同様の吸水性材料のほか、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどの表面積の大きい吸着材料や、セピオライト、アルデヒドと反応して安定化させる２、４−ジニトロフェニルヒドラジン、水酸化カルシウム等が挙げられる。
【実施例３】
【００３６】
図１０は本実施例の燃料電池発電装置３１０の断面図、図１１は燃料カートリッジ３５０の断面図である。本実施例のウィック材料３３４、ＤＭＦＣ発電部３１８は、前述のＤＭＦＣ発電部１８と同一の構成又は機能を有する。
【００３７】
図１０に示す燃料電池発電装置３１０は、メタノール燃料が毛細管現象により供給されるアノード電極３１２とファン３４４により空気が供給されるカソード電極３１４とこのアノード電極３１２とカソード電極３１４とに挟持される電解質膜３１６とを備え、メタノールと空気中の酸素との電気化学反応により発電するＤＭＦＣ発電部３１８と、集電体３２２、３２４と、アノード電極３１２へ供給するメタノール燃料を貯蔵するメタノール燃料貯蔵部３３０と、メタノール燃料貯蔵部３３０からアノード電極３１２へメタノール燃料を供給するウィック材料３３４と、筐体３４０と、を備えており、この筐体３４０の内側（発電部３１８側）にほぼ全電極を覆う大きさの放熱部３４６、及び放熱部３４６の液溜め部３４７に接続する管状の流路（排出物質排出流路）３４８ａ、さらに空気供給を促進するファン３４４が放熱部３４６と筐体３４０との間に配置されることが本実施例の特徴である。
【００３８】
図１１は燃料カートリッジ３５０の構造であり、燃料貯蔵部３５４と反応生成物除去部３５６とから構成されている。燃料貯蔵部３５４の内部にはメタノール燃料よりも濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが充填され、燃料カートリッジ燃料供給口３５２を図１０の燃料カートリッジ接続口３３６に接続することにより、メタノール燃料貯蔵部３３０へ濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールを補給することができる。
【００３９】
ＤＭＦＣ発電部３１８での電気化学反応によってカソード電極３１４で生成した水やメタノール酸化副生成物（ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル）、また未反応メタノールを含む排空気は、ファン３４４の風により十分に冷却された放熱板３４６の内側（発電部３１８側）で凝縮し、放熱部３４６上を重力により液体として落下し、放熱部３４６の液溜め部３４７に集められた後、接続する排出物質排出流路３４８ａを通過し、筐体外の排出口に排出される。排出された排液は、燃料カートリッジ３５０の排液取込口３５５から燃料カートリッジ排液貯蔵部３５４ｂへ貯蔵され、メタノール燃料貯蔵部３５４aとは変形可能な仕切膜３５３で隔離されている。その仕切膜３５３の変形の動力により燃料カートリッジ内のメタノール燃料をメタノール燃料貯蔵部３３０へ送り出すことができる。
【００４０】
一方、凝縮しなかった排気は排気口（排出物質排出流路）３４８ｂを経て、排出物質取入口３５７より反応生成物除去部３５６へ入り、メタノール酸化副生成物などの反応生成物を吸着する材料が充填された吸着部３５８を拡散し、燃料カートリッジ排気排出口３５９より排出される。これにより、外部に放出される排空気中の生成物含有量を低減できる。
【００４１】
また、本実施例では、放熱板３４６で凝縮させた液体を回収する手段としては、燃料カートリッジ３５０の排液取入口３５５へ液体を誘導する方法であればいずれでもよく、例えば吸水性材料を放熱部３４６と燃料カートリッジ３５０の排液取入口３５５の間に配置する構造や液溜め部がなく放熱部がそのまま燃料カートリッジ３５０の排出物質取入口３５７に連続する構造も可能である。
【００４２】
吸着部３５８を構成する材料は、実施例１および２と同様に、発電によって生じる排空気中の生成物（水、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル、メタノール）を吸着又は保持する材料であればいずれでもよく、例えば、ウィック材と同様の吸水性材料のほか、ゼオライト、活性炭、シリカゲルなどの表面積の大きい吸着材料や、セピオライト、アルデヒドと反応して安定化させる２、４−ジニトロフェニルヒドラジン、水酸化カルシウム等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
発明を実施するための最良の形態では、燃料にメタノールを直接供給するＤＭＦＣを用いて説明したが、本発明はこれに限らず、水素ボンベや水素吸蔵合金などにより水素ガスを供給するポータブルな燃料電池や、車載用の燃料電池でも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置の基本的な構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係る燃料カートリッジの基本的な構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係る燃料電池発電装置の断面図である。
【図４】本発明の第一の実施例に係る燃料カートリッジの断面図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る燃料カートリッジの断面図である。
【図６】本発明の第一の実施例に係る燃料電池発電システムの斜視図である。
【図７】本発明の第二の実施例に係る燃料電池発電装置の断面図である。
【図８】本発明の第二の実施例に係る燃料電池発電装置の図７とは別の断面の断面図である。
【図９】本発明の第二の実施例に係る燃料カートリッジの断面図である。
【図１０】本発明の第二の実施例に係る燃料電池発電システムの斜視図である。
【図１１】本発明の第三の実施例に係る燃料電池発電装置の断面図である。
【図１２】本発明の第三の実施例に係る燃料カートリッジの断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１１０、２１０、３１０  燃料電池発電装置
１２、１１２、２１２、３１２  アノード電極
１４、１１４、２１４、３１４  カソード電極
１６、１１６、２１６、３１６  電解質膜
１８、１１８、２１８、３１８  発電部（ＭＥＡ）
２０  配線（導線）
２２、１２２、２２２、３２２  アノード集電体
２４、１２４、２２４、３２４  カソード集電体
３０、１３０、２３０、３３０  メタノール燃料貯蔵部
３２、１３２、２３２、３３２  メタノール燃料供給口
３４、１３４、２３４、３３４  ウィック材
３６、１３６、２３６、３３６  燃料カートリッジ接続口
４０、１４０、２４０、３４０  筐体
４２、１４２、２４２、３４２  空気取入口
５０、１５０、１６０、２５０、３５０  燃料カートリッジ
５２、１５２、１６２、２５２、３５２  燃料供給口
１００、２００  燃料電池システム
１４４、３４４  ファン
１５４、１６４、２５４、３５４  燃料貯蔵部
１５６、１６６、２５６、３５６  反応生成物除去部
１５７、１６７、２５７、３５７  排出物質取入口
１５８、１６８、２５８、３５８  反応生成物吸着部
１５９、１６９、２５９、３５９  排気排出口
１６３  仕切材
２４６、３４６  放熱部
２４７、３４７  液溜め部
２４８、３４８  排出物質排出流路
３５３  仕切膜
３５５  排液取入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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